원자가 무엇인지 이해를 돕기 위해 다음의 예를 들어보자. 큰 바위를 부수면 작은 돌멩이가 된다. 이 돌멩이를 또 부수면 더 작은 모래가 된다. 이 모래를 또 부수면 어떻게 될까? 이렇게 어떤 물질을 계속 쪼개 나가면 결국 원자라는 작은 알갱이(입자)가 된다. 이 원자는 너무 작아서 만질 수도, 볼 수도 없다. 돌턴은 이렇게 물질이 원자로 구성되어 있다는 원자설을 주장했다. 처음에는 가설로만 존재했던 원자였지만 많은 과학자들의 노력으로 그 실체가 과학적으로 증명되었다. 실제 원자의 크기는 약 1/1억cm 정도다. 이렇게 작은 원자의 내부는 어떻게 생겼는지 알아보자. 돌턴은 원자가 더이상 쪼개지지 않는 입자라고 주장했지만, 이후 과학자들의 연구로 원자는 더 작은 입자들로 이루어져 있다는 사실이 밝혀졌다. 원자는 중심부에 있는 원자핵과 주변에 퍼져 있는 전자로 이루어져 있는데, 원자핵은 (+)전하를, 전자는 (-)전하를 띠고 있다. 원자의 중심부에 있는 원자핵은 원자 질량의 대부분을 차지하지만, 그 크기는 매우 작다. --- p.23

온도와 압력이 일정할 때 반응하는 기체와 생성되는 기체의 부피 사이에는 일정한 정수비가 성립한다는 기체 반응의 법칙은 프랑스의 화학자 게이뤼삭(Gay-Lussac)이 발견했다. 예를 들면 수소 2부피와 산소 1부피가 완전히 화합하면 수증기 2부피가 생긴다는 것이다. 하지만 기체 반응의 법칙은 기존의 원자설과 모순되는 부분이 있었고, 이를 해결하기 위해 이탈리아의 과학자 아보가드로(Avogadro)는 분자의 개념을 처음 도입했다. 분자는 원자들이 결합해 만들어진 입자다. 예를 들어 공기 중에 있는 산소 기체와 수소 기체를 원자와 분자 개념으로 비교해보자. 원자설에서는 산소 기체와 수소 기체가 각각 원자 1개로 이루어져 있다. 하지만 분자설에서 산소 기체는 산소 원자 2개가 결합해 만들어졌고, 수소 기체는 수소 원자 2개가 결합해 만들어졌다고 생각한다. 그렇다면 현재 원자와 분자는 어떻게 정의할까? 원자는 물질을 구성하는 가장 작은 입자를 뜻하며, 분자는 물질을 구성하는 성질을 가진 가장 작은 입자를 의미한다. --- pp.30~31

상태 변화가 일어날 때 물질이 가지고 있는 고유한 성질은 변하지 않는데, 이는 물질을 이루는 분자의 성질이 변하지 않기 때문이다. 그렇다면 무엇이 고체와 액체, 기체의 차이점을 만들까? 이런 차이는 상태 변화가 일어날 때 물질을 이루는 분자 배열이 달라지기 때문에 생긴다. 고체 상태일 때는 분자들이 매우 규칙적으로 배열되어 있으며, 분자 사이의 거리도 매우 가깝다. 반면 액체 상태일 때는 분자 배열이 약간 흐트러져 있으며, 분자 사이의 거리는 비교적 가깝다. 기체 상태는 분자들이 매우 불규칙하게 배열되어 있고, 분자 사이의 거리 또한 매우 멀다. 상태 변화시 분자의 개수는 변하지 않으므로 물질의 질량은 그대로지만, 분자 사이의 거리가 달라지므로 물질의 부피는 변한다. 고체가 녹아 액체로 변하는 것이 융해고, 액체가 고체로 되는 것은 응고다. 고체를 이루는 분자의 움직임이 활발해지면 분자 배열은 흐트러지고, 분자 사이의 거리도 멀어지며 융해가 일어난다. --- pp.40~41

일반적으로 순물질은 녹는점과 어는점이 같으며, 끓는점은 녹는점과 어는점에 비해 압력의 영향을 많이 받는다. 물의 끓는점 100℃는 1기압일 때의 값이다. 압력이 높은 곳에서는 끓는점이 높아지고, 낮은 곳에서 는 끓는점이 낮아진다. 그래서 대기압이 1보다 낮은 높은 산에서는 끓는점이 낮기 때문에 밥이 잘 익지 않는다. 반대로 압력 밥솥은 압력이 약 2기압 정도로 물의 끓는점이 120℃ 정도가 되기 때문이 밥이 빨리 익는것이다. 물질의 양이 달라져도 녹는점, 어는점, 끓는점은 일정하다. 다만 그 온도에 도달하는 시간이 달라질 뿐이다. 밀도는 단위 부피당 질량을 의미하며, 물질의 가볍고 무거운 정도를 비교하는 정확한 수치다. 질량이 작은 동전은 물에 가라앉지만 질량이 큰 통나무는 물에 뜬다. 왜냐하면 동전은 물보다 밀도가 크고, 통나무는 물보다 밀도가 작기 때문이다. 우리는 자칫 질량이 큰 물질이 물에 가라앉고 질량이 작은 물질이 물에 뜬다고 생각할 수 있는데, 이는 잘못된 생각이다. --- pp.54~55

염기와 비슷한 물질로 알칼리가 있다. 둘은 비슷한 성질을 가졌지만 완전히 같지는 않다. 알칼리는 염기 중에서 물에 잘 녹는 물질을 말한다. 물에 녹는 수산화나트륨이나 수산화칼륨은 알칼리에 해당하고, 물에 녹지 않는 수산화칼슘은 염기에 속한다. 알칼리성 물질은 세탁에 효과가 있어 비누나 세제의 원료가 된다. 알칼리는 아라비아어로 식물의 ‘재’를 가리키는 말인데, 조선시대 때 사람들이 재를 물에 타서 빨래를 했다는 기록이 있다. 조선 말기에 서양에서 가성소다(수산화나트륨)가 들어오면서 세탁할 때 잿물 대신에 쓰였고, 가성소다는 서양에서 온 잿물이라는 뜻의 ‘양잿물’이라고 불렸다. 염기도 이온화할 때 나오는 수산화 이온으로 인해 공통적인 성질이 나타나는데 이를 염기성이라고 한다. 물에 녹을 때 수산화 이온이 많이 나오면 강염기, 적게 나오면 약염기라고 하며, 산성과 마찬가지로 수용액에 이온이 존재하므로 전류가 잘 흐른다. 강염기에 속하는 수산화나트륨은 비누의 원료로 쓰이며, 수산화칼륨은 알칼리 전지에 사용된다. --- p.70

과학에서 말하는 운동은 물체의 위치가 시간에 따라 변하는 것이다. 따라서 요가처럼 일정한 동작을 하고서 멈춰 있는 것은 과학에서의 운동이 아니다. 또한 철봉에 매달려 턱걸이를 하면 운동이지만, 단순히 매달려 있으면 운동이 아니다. 어떤 물체의 운동을 설명하기 위해서는 물체의 빠르기와 운동 방향을 알아야 한다. 물체의 빠르기란 같은 시간 동안 이동한 거리를 말하며 속력이라고 한다. 하지만 과학에서 말하는 속력은 단위시간 동안 물체가 이동하는 거리이며, 여기서 단위시간이란 1초, 1분, 1시간 등 기준이 되는 시간을 의미한다. 따라서 속력은 물체가 이동한 거리를 이동하는 데 걸린 시간으로 나누어 구한다.그런데 대부분의 물체들은 출발해서 도착할 때까지 속력이 일정하지 않고 계속 변한다. 실제로 자동차를 타고 서울에서 부산까지 간다고 할 때 일정한 속력으로 갈 수는 없다. 이처럼 속력이 계속 변하는 경우에는 평균 속력으로 물체의 운동을 나타낸다. --- pp.89~90

그럼 열이란 무엇일까? 그리고 열과 온도는 같은 것일까? 둘은 밀접한 관련이 있지만 같은 것은 아니다. 따뜻한 물이 담긴 욕조에 들어가면 몸이 따뜻해지고, 뜨거운 냄비를 잡으면 손에 통증을 느끼는 이유는 모두 열이 이동했기 때문이다. 열이란 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 이동하는 에너지의 형태를 말한다. 온도가 다른 두 물체가 접촉하고 있다면 열은 항상 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 이동한다. 그러면 열을 받은 물체는 온도가 올라가고, 열을 준 물체는 온도가 내려간다. 이렇게 시간이 흐르다 보면 결국 두 물체의 온도가 같아지는데 이를열 평형 상태라고 한다. 열이 이동하는 방법에는 전도, 대류, 복사가 있다. 전도는 물체를 이루고 있는 분자들이 서로 충돌하면서 열을 전달하는 방식이다. 두 물체가 직접 접촉하고 있거나 같은 물체 내에서 열을 받은 분자들이 활발하게 운동하면서 이웃한 분자들에 충돌해 열을 전달한다. 이때 분자들은 멀리까지 이동하지는 않는다. --- pp.100~101

파동이 처음 발생한 지점을 파원이라고 하며, 파동을 전달해주는 물질을 매질이라고 한다. 예를 들어 음파의 매질은 공기, 물결파의 매질은 물, 지진파의 매질은 땅이라고 할 수 있다. 파동은 매질이 있어야만 전파된다. 예외가 있다면 전자기파로, 이는 매질이 없어도 전파될 수 있다. 태양에서 나온 빛이 진공과 같은 우주 공간을 통과해 지구까지 전파되는 것이 그 예다. 파동이 전파될 때 매질은 파동과 함께 이동하지 않고 제자리에서 진동만 한다. 물결파의 경우에는 마치 물이 옆으로 밀려나가는 것처럼 보이지만 실제로는 위아래로 출렁거리기만 할 뿐이다. 우리가 입으로 소리를 낸다고 해서 입 앞에 있는 공기가 듣고 있는 사람의 귀로 가는 것은 아니다. 그렇다면 파동은 무엇이 퍼져나가는 것일까? 바로 에너지다. 즉 파동은 매질의 진동을 이용해 에너지를 전달한다. 지진이 일어났을 때 전달되는 에너지가 건물을 부수고, 파도의 물결파로 발생한 에너지가 해안의 암석을 깎아내 해안 절벽을 만들기도 한다. --- p.118

머리를 빗을 때 빗에 머리카락이 달라붙는다거나 얇은 비닐이 손에 붙어 잘 떨어지지 않는 경우가 있다. 이런 현상이 일어나는 이유는 물체가 서로 마찰해 전기가 발생했기 때문이다. 이처럼 두 물체가 마찰함으로써 띠게 되는 전기를 마찰 전기라고 하며, 이동하지 않고 정지해 있다는 뜻으로 정전기라고도 부른다. 정전기 현상이 처음 발견된 것은 기원전 그리스에서다. 철학자 탈레스는 호박이라는 보석을 닦으려고 헝겊으로 문질렀다가 오히려 먼지들이 달라붙는 현상을 발견했다. 당시에는 마찰 전기 때문이라는 사실을 알지 못했다. 그래서 전기를 영어로 ‘electricity’라고 하는데, 그리스어로 호박 보석을 의미하는 ‘elektron’에서 유래했다. 마찰 전기가 발생하는 원인은 원자의 구조와 관련이 있다. 모든 물질은 원자로 이루어져 있는데, 원자는 (+)전하를 띤 원자핵과 (-)전하를 띤 전자로 구성되어 있다. 일반적으로 원자에 들어 있는 (+)전하와 (-)전하의 총량은 같기 때문에 전기를 띠지 않는다. --- pp.136~137

전기 에너지의 단위는 J(줄)을 사용하며, 1J은 1V의 전압으로 1A의 전류가 1초 동안 흐를 때 공급되는 전기 에너지다. 우리가 사용하는 전기 기구들이 기능을 하기 위해서는 전기 에너지를 소비해야 한다. 그런데 비슷한 기능을 하면서도 전기 에너지를 많이 사용하거나 적게 사용하는 제품이 있다. 당연히 똑같은 기능을 한다면 전기 에너지를 적게 사용하는 제품이 좋을 것이다. 전기 에너지를 많이 사용한다는 것은 그만큼 많은 돈을 전기세로 지불해야 한다는 뜻이기 때문이다. 따라서 일정 시간 동안 사용하는 전기 에너지를 비교하면 제품을 고르는 데 도움이 될 것이다. 단위시간 동안 전기 기구가 사용하는 전기 에너지를 전력이라고 한다. 즉 전력은 단위시간당 할 수 있는 일의 양을 의미하기도 한다. 그런데 앞서 시간당 하는 일의 양을 일률이라고 배웠다. 따라서 전력과 일률은 같은 것으로 단위도 동일한 W(와트)를 사용한다. 1W는 1초 동안 1J의 전기 에너지가 사용되는 것을 말하며, 1V의 전압으로 1A의 전류가 흐르는 것을 의미한다. --- p.150

먼저 뿌리는 땅속에서 물과 무기 양분을 흡수하는 기관이다. 여기에는 뿌리털이 많아 흙과의 표면적을 극대화해 흡수 효율을 높인다. 뿌리털은 하나의 표피세포가 가늘고 길게 변한 것이다. 뿌리의 끝에 있는 생장점은 세포 분열을 통해 뿌리를 길게 자라게 한다. 뿌리가 흙에서 물을 흡수하는 원리는 삼투 현상으로 설명할 수 있다. 삼투 현상은 세포막을 사이에 두고 물질의 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 물이 이동하는 현상을 말한다. 상대적으로 뿌리 안쪽의 농도가 높고 흙의 농도가 낮기 때문에 물이 흙에서 뿌리 안으로 이동하게 되는 것이다. 김장하기 전에 배추를 소금에 절이는 것도 삼투 현상을 이용한 예다. 이렇게 절이면 배추 속에 있는 물이 고농도의 소금물이 있는 밖으로 빠져 나와 뻣뻣했던 배추의 숨이 죽는다. 식물의 생장에는 물 이외에도 비료의 3요소라고 불리는 질소·인·칼륨과 황·마그네슘·철 등의 무기 양분이 필요한데, 이들 대부분은 뿌리에서 물과 함께 흡수된다. --- p.163

두꺼운 근육으로 된 심장은 규칙적인 수축과 이완 운동을 통해 혈액을 온몸으로 내보내는 펌프라고 할 수 있다. 심방이 수축하면 심실이 이완하고, 심실이 수축하면 심방이 이완하는 식으로 수축과 이완이 교대로 반복되는데 이를 심장 박동이라고 한다. 성인의 경우 평상시 1분에 60~80회 정도 심장 박동이 일어나며, 몸의 상태와 감정에 따라 더 빨라지거나 느려진다. 하지만 심장 박동은 호흡과 달리 의식적으로 속도를 조절하거나 멈추게 할 수는 없다. 심장에 연결된 4개의 혈관은 심장에서 멀어지면서 수많은 가지로 갈라져 우리 몸 곳곳으로 퍼져나간다. 마치 국토를 촘촘히 연결하고 있는 도로망과 비슷하다. 혈관은 세 종류로 동맥, 정맥, 모세혈관이 있다. 동맥은 심장에서 나가는 혈액이 흐르는 혈관이다. 정맥보다 혈관벽이 두껍고 탄력이 좋아 심실에서 혈액이 빠져나갈 때의 높은 압력과 속력을 견딜 수 있다. 정맥은 심장으로 들어가는 혈액이 흐르는 혈관으로, 동맥보다 혈관벽이 얇고 탄력이 약하다. --- pp.180~181

혀는 맛을 감지하는 기관이다. 맛이란 액체 상태의 화학 물질이 혀를 자극할 때 느끼는 감각이다. 혀의 표면에는 유두라는 돌기가 많이 나 있고, 그 옆에는 맛봉오리가 분포한다. 맛봉오리에는 미각세포가 분포하고 있어 액체 상태의 화학 물질을 감지해 미각 신경을 통해 대뇌로 전달한다. 혀는 코와 달리 단맛ㆍ짠맛ㆍ신맛ㆍ쓴맛ㆍ감칠맛의 5가지 맛만을 감지할 수 있다. 우리나라 사람들이 좋아하는 매운맛이나 감을 먹을 때 느끼는 떫은맛은 미각세포가 감지하는 것이 아니라 혀에 있는 피부 감각이 느끼는 것이므로 미각이 아니다. 피부는 통증, 접촉, 압력, 온도 변화 등의 여러 자극을 감지하기 때문에 다양한 자극을 감지하는 감각점이 있다. 아픔을 감지하는 통점, 압력을 감지하는 압점, 접촉을 감지하는 촉점, 온도가 낮아지는 것을 감지하는 냉점과 높아지는 것을 감지하는 온점이 있다. 5가지의 감각점이 분포하는 비율은 몸의 부위에 따라 다르지만 일반적으로 통점이 가장 많다. 또한 특정 감각점이 많은 부위는 해당 감각에 예민하다. -p.198

지구는 물의 행성이다. 지구만큼 물이 많은 행성은 태양계뿐만 아니라 더 먼 우주에서도 아직 발견하지 못했다. 앞서 지구에서 물이 있는 영역이 수권이라고 말했다. 수권은 바다, 빙하, 강, 호수, 지하수 등 모든 형태의 물이 있는 영역을 말한다. 이 중에서 바다의 짠물은 해수, 육지의 물은 담수라고 한다. 수권 중 약 97% 정도로 가장 많은 양을 차지하는 것이 해수다. 나머지 담수 중에서는 빙하가 가장 많은 양을 차지한다. 빙하는 대부분 극지방이나 고산 지대에 분포하므로 이용하기 쉽지 않다. 결국 식수나 생활 용수로 이용할 수 있는 지하수·강·호수 등은 전체 수권에서 1%도 되지 않는다. 그렇기 때문에 지역에 따라 물 부족이 심각한 곳도 있다. 해수에 녹아 있는 여러 가지 물질을 염류라고 한다. 염류 중에서 가장 많은 것이 염화나트륨으로 보통 소금이라고 불리는 물질이다. 그 다음으로 쓴맛이 나는 염화마그네슘이 있으며, 이외에도 황산 마그네슘, 황산칼슘 등 여러 물질이 녹아 있다. --- pp.271~272

적도 지방은 지구가 흡수하는 태양 복사 에너지의 양이 방출하는 지구 복사 에너지의 양보다 많아 기온이 높고, 반대로 극지방은 흡수하는 태양 복사 에너지의 양이 방출하는 지구 복사 에너지의 양보다 적어 기온이 낮다. 따라서 적도 지방은 공기가 상승해 저기압이 되고, 극지방은 공기가 하강해 고기압이 되기 때문에 극지방에서 적도 지방으로 바람이 불게 된다. 이런 이유로 북반구에서는 항상 북극에서 적도 방향으로 북풍이 불고, 남반구에서는 남극에서 적도 방향으로 남풍이 부는 것이다. 지구에는 해륙풍이나 태풍 같은 좁은 지역에서 발생하는 대기 순환뿐만 아니라 지구 전체 규모에서 발생하는 거대한 대기 순환이 있다. 이를 대기 대순환이라고 한다. 그렇다고 대기 대순환이 북반구와 남반구에 각각 하나의 거대한 순환을 만드는 것은 아니다. 지구의 자전으로 인해 대기의 순환은 복잡해지기 때문에 북반구와 남반구에 각각 3개의 순환이 나타나게 된다. 또한 적도를 경계로 북반구와 남반구에서 대칭 형태를 보인다.